淺談電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)

王中澤

摘 要：隨著技術(shù)水平的不斷提高，當(dāng)下電氣自動(dòng)化裝置的構(gòu)思，使得未來(lái)這種系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)逐步增大。智能化的應(yīng)用，說(shuō)明了這種控制系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向。智能化的提升，使設(shè)備的穩(wěn)定性能夠得到控制，并提高準(zhǔn)確度，通訊技術(shù)也給大面積的數(shù)據(jù)控制提供了平臺(tái)，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，基于Pc的控制系統(tǒng)以其靈活性和易于集成的特點(diǎn)正在被更多的采納。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，PLC處于自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。其主要原因，在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。

1.電氣控制對(duì)象的特點(diǎn)和要求

電氣控制量與熱工控制量相比在控制要求及運(yùn)行過(guò)程中有著很多不同點(diǎn)，電氣的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：

（1）電氣控制系統(tǒng)相對(duì)熱機(jī)設(shè)備而言對(duì)信息的掌握不大，目標(biāo)少，操控次數(shù)少，不過(guò)，速度更快，準(zhǔn)確度也更高。

（2）電氣設(shè)備保護(hù)自動(dòng)裝置對(duì)穩(wěn)定性要求更高，更快速，并且，有一定抗干擾的能力。

（3）熱力系統(tǒng)需要大容量來(lái)滿足處理信息的需要，并且內(nèi)部情況復(fù)雜，過(guò)程掌握十分嚴(yán)格，對(duì)于電控系統(tǒng)（ECS），強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)提取和順序的掌握作為主要方面，有助于實(shí)現(xiàn)連鎖保護(hù)。

因此，機(jī)組的電氣系統(tǒng)納入DCS控制，要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠性。除了能夠進(jìn)行一般的啟動(dòng)和停止，對(duì)于異常問(wèn)題的顯現(xiàn)和控制的數(shù)據(jù)也要精確顯示。并給出可行的操作意見(jiàn)，以及意外控制辦法，使電氣系統(tǒng)控制處于科學(xué)、有效、合理的情況之中。

2.常規(guī)ECS系統(tǒng)功能有待提高

目前，大多數(shù)電廠和DCS廠家所實(shí)現(xiàn)的ECS控制功能主要局限在以下幾個(gè)方面：

（1）監(jiān)視部分

發(fā)電機(jī)——變壓器組系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)，高、低壓廠用電系統(tǒng)及備用電源系統(tǒng)，220V直流系統(tǒng)和UPS電源系統(tǒng)，電氣公用系統(tǒng)，所控電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)、閘刀的狀態(tài)監(jiān)視；中央信號(hào)及事故報(bào)警，事故記錄及追憶功能。

（2）控制部分

發(fā)電機(jī)——變壓器組單元電氣一次設(shè)備的控制、聯(lián)鎖，發(fā)電機(jī)程序起停，ASS的投切；廠用工作電源，高、低壓廠變與高、低壓備變之間的正常切換操作；電氣接地系統(tǒng)管理；220kV斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的控制。

應(yīng)該說(shuō)在傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)中對(duì)電氣量的監(jiān)視、控制非常有限，特別對(duì)于電氣專(zhuān)門(mén)的智能裝置來(lái)說(shuō)，信息的提取量就更加少，使得設(shè)備之間配合不好，對(duì)于運(yùn)行工作人員，很難在監(jiān)視器上得到這樣的信息。某些時(shí)候，只有采用充足的電流和電壓，將其變速，將部分模擬量采集進(jìn)DCS系統(tǒng)；或者采用硬接線的方式接入DCS系統(tǒng)，使系統(tǒng)復(fù)雜、投資增加和資源浪費(fèi)。

這幾年，電氣設(shè)備向著小型，功能增多，內(nèi)容數(shù)據(jù)不斷增大的情況發(fā)展。電氣專(zhuān)用設(shè)備制造廠家，如國(guó)電南瑞、國(guó)電南自、北京四方、許繼電氣、東大金智等廠家，紛紛推出了雙CPU（或三CPU）、智能型、帶現(xiàn)場(chǎng)總線接口的高可靠性能的產(chǎn)品。加之這些廠家也推出了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，使ECS功能擴(kuò)展，讓電氣進(jìn)行綜合，并且，要確保電氣系統(tǒng)，其運(yùn)行不相互干擾，在硬接線的數(shù)量降到最低，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是全都利用通訊手段作為連接辦法。

3.電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能

根據(jù)單元機(jī)組的運(yùn)行和電氣控制的特點(diǎn)，應(yīng)將發(fā)電機(jī)一變壓器組和廠用電源等電氣系統(tǒng)的控制都納入ECS監(jiān)控。其基本功能為：

（1）發(fā)變組出口220kV/500kV斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的控制及操作。

（2）發(fā)變組保護(hù)、廠高變保護(hù)、勵(lì)磁變壓器保護(hù)控制。

（3）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。包括啟勵(lì)、滅磁操作，控制方式切換，增磁、減磁操作，PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）的投退。

（4）220kV/500kV開(kāi)關(guān)自動(dòng)同期并網(wǎng)及手動(dòng)同期并網(wǎng)。

（5）6kV高壓廠用電源監(jiān)視、操作、廠用電壓快切裝置的狀態(tài)監(jiān)視、投退、手動(dòng)啟動(dòng)等。

（6）380V低壓廠用電源監(jiān)視、操作、低壓備自投裝置控制。

（7）高壓?jiǎn)?備變壓器控制和操作（2臺(tái)機(jī)共用）。

（8）柴油發(fā)電機(jī)組和保安電源控制和操作。

（9）直流系統(tǒng)和LPS系統(tǒng)的監(jiān)視

因?yàn)?，設(shè)備可以看做較為完善，并且，如果都要在DCS里完成工作還不大可能，并且花費(fèi)較大，所以能夠保留，不過(guò)，它們和DCS連接，使用硬接線作為控制裝置，使用通訊裝置來(lái)傳導(dǎo)自動(dòng)裝置，并能夠利用DCS實(shí)現(xiàn)事故重現(xiàn)。

4.電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）集中監(jiān)控方式

這一監(jiān)控辦法的特征是容易維護(hù)，對(duì)于控制站，防護(hù)等級(jí)需求的不高，系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。但是因?yàn)榧惺?，它的運(yùn)行辦法是把所有的功能綜合到一個(gè)處理器，完成處理工作，因此，對(duì)于處理器來(lái)說(shuō)承受了巨大的工作壓力，因?yàn)殡姎庠O(shè)備都是在監(jiān)控內(nèi)進(jìn)行的，如果監(jiān)控目標(biāo)不斷出現(xiàn)，就會(huì)導(dǎo)致主機(jī)冗余降低，而電纜隨之變多，需要的花費(fèi)增大，距離較長(zhǎng)的電纜，如果產(chǎn)生了干擾情況也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。并且，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯(lián)鎖采用硬接線，因?yàn)橛糜诜指舻堕l的在接點(diǎn)位置上暴露出缺陷。使得設(shè)備運(yùn)作異常困難，這樣的接線很難完成二次接線，線和線的連接比較復(fù)雜，而設(shè)備的操作難以實(shí)現(xiàn)，使維護(hù)工作雪上加霜，并且，存在因?yàn)椴榫€以及運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)榫€的多而復(fù)雜產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作的可能。

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式

目前，對(duì)于以太網(wǎng)（Ethernet）、現(xiàn)場(chǎng)總線等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，并且，有了豐富的動(dòng)作指令，對(duì)于有智能性質(zhì)的電氣設(shè)備，其發(fā)展也是十分明顯的，這些因素使網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和發(fā)電廠之間的關(guān)系作出了鋪墊?？偩€監(jiān)控讓設(shè)計(jì)的目標(biāo)更明確，針對(duì)間隔的差異，在功能上也有不一樣的顯現(xiàn)，因此，可以作為間隔的狀況開(kāi)展設(shè)計(jì)。使用這樣的監(jiān)控辦法，包含了所有遠(yuǎn)程監(jiān)控辦法的優(yōu)勢(shì)，并且能夠降低隔離設(shè)備的總數(shù)，也包括隔離設(shè)備、端子柜、I/0卡件、模擬量變送器等，對(duì)于智能設(shè)備，應(yīng)當(dāng)立馬進(jìn)行裝配，如果使用通信線和監(jiān)控系統(tǒng)之間連接起來(lái)，就能省掉許多的控制電纜，使投資節(jié)省。

此外，裝置與裝置間的功能互不干擾，裝置和裝置的關(guān)聯(lián)是由網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的，網(wǎng)絡(luò)組織比較輕松，使得系統(tǒng)更可靠，更穩(wěn)定，每一個(gè)裝置如果發(fā)生錯(cuò)誤也僅牽連到元件，而不會(huì)整體停滯，所以，現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控能夠作為以后發(fā)電廠網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的最好方法。

5.探討電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

OPC（OIJEforProcess Control）技術(shù)的出現(xiàn)，IEC61131的頒布，以及Microsoft的Windows平臺(tái)的廣泛應(yīng)用，這給計(jì)算機(jī)帶來(lái)新的應(yīng)用目標(biāo)，電氣技術(shù)融合性更好，發(fā)揮巨大的潛力。這已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)國(guó)際化的時(shí)代，并且，在各種控制系統(tǒng)中，使用變得更加廣泛，被更多的商家所看重和應(yīng)用。Pc客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)、以太網(wǎng)和Internet技術(shù)引發(fā)了電氣自動(dòng)化的一次又一次革命。正是市場(chǎng)的需求驅(qū)動(dòng)著自動(dòng)化和IT平臺(tái)的融和，電子商務(wù)的普及將加速著這一過(guò)程。

Internet/Intranet技術(shù)和多媒體技術(shù)在自動(dòng)化方面，前景非常廣闊，企業(yè)的管理者使用一般的瀏覽器，就能完成儲(chǔ)存以及提取企業(yè)在人員，財(cái)務(wù)方面的資料。也能夠?qū)⒛壳暗纳a(chǎn)流程作為監(jiān)控目標(biāo)，幾乎能夠馬上明確最準(zhǔn)確而全面的信息。 虛擬技術(shù)以及視頻技術(shù)作為先進(jìn)的手段，會(huì)給以后的自動(dòng)化商品，例如人機(jī)界面以及維修系統(tǒng)帶來(lái)最明顯的影響。使用對(duì)應(yīng)性較強(qiáng)的軟件，對(duì)通訊效果以及組合環(huán)境的需求更加明顯，軟件的功能不斷加大，并且從某一單純的設(shè)備轉(zhuǎn)移，向集成方向轉(zhuǎn)化。

總的來(lái)說(shuō)，這種控制系統(tǒng)給大家?guī)?lái)新的前景，也使得其出現(xiàn)了新的發(fā)展需要，為了實(shí)現(xiàn)越來(lái)越復(fù)雜的需要，就必須考慮電氣自動(dòng)化的發(fā)展特征，為此行業(yè)挑選適當(dāng)?shù)娜瞬艁?lái)促進(jìn)發(fā)展，相關(guān)行業(yè)因此有了更廣闊的就業(yè)前景。但是，應(yīng)當(dāng)注意，其科技性要求較高，因此專(zhuān)業(yè)性也有所提升，在裝置的配合內(nèi)容里，要把自動(dòng)化和智能化作為工作的前提。推動(dòng)設(shè)備與國(guó)際水平相媲美。并創(chuàng)造屬于本行業(yè)的行業(yè)先鋒。

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